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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, die über eine Kupplungseinheit mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2014 215 455 A1 ein Getriebe mit einem Stirnradgetriebe mit einem ersten und mit einem zweiten Teilgetriebe, das über eine Kupplung an ein Ausgangselement eines Antriebsmotors koppelbar ist. Eine Drehmomentübertragung zu einer Ausgangswelle des Getriebes erfolgt über eines der Teilgetriebe, wobei zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle im Drehmomentfluss ein lastschaltfähiges Getriebe zuschaltbar angeordnet ist, welches bei einem Schaltvorgang zwischen den Teilgetrieben ein Drehmoment überträgt. Das lastschaltfähige Getriebe ist jeweils mittels einer Schalteinrichtungen mit den Wellen des Getriebes oder der Teilgetriebe koppelbar. Gemäß eines alternativen Vorschlages in der Beschreibung kann die Schalteinheit durch einen schaltbaren Freilauf ersetzt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung weiterzuentwickeln, und insbesondere kompakt und leistungsoptimiert auszubilden. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle, die über eine Kupplungseinheit mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung einen Stufenplanetensatz sowie eine Differentialstufe aufweist, wobei die Differentialstufe dazu ausgebildet ist, eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen, wobei der Stufenplanetensatz mehrere Stufenplanetenräder aufweist, wobei jedes Stufenplanetenrad ein erstes und ein zweites Zahnrad aufweist, wobei die Stufenplanetenräder drehbar an einem Planetenträger angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad mit einem ersten Sonnenrad im Zahneingriff steht, und wobei das zweite Zahnrad mit einem zweiten Sonnenrad und einem Hohlrad im Zahneingriff steht, wobei das erste und zweite Sonnenrad mit der Kupplungseinheit wirkverbunden sind, wobei in einem ersten Leistungspfad, der sich von der Kupplungseinheit über das erste Sonnenrad und das erste Zahnrad bis hin zum zweiten Zahnrad erstreckt, eine Freilaufvorrichtung angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, in einer ersten Schaltstellung das zweite Zahnrad über das erste Zahnrad antriebstechnisch mit der Kupplungseinheit zu koppeln, um eine erste Gangstufe zu realisieren, sowie in einer zweiten Schaltstellung den ersten Leistungspfad antriebstechnisch von dem zweiten Zahnrad zu entkoppeln, um eine zweite Gangstufe über einen zweiten Leistungspfad, der sich von der Kupplungseinheit über das zweite Sonnenrad hin zum zweiten Zahnrad erstreckt, zu realisieren.
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Mithin ermöglicht die Freilaufvorrichtung zum einen die antriebstechnische Kopplung des zweiten Zahnrades über das erste Zahnrad und das erste Sonnenrad mit der Kupplungseinheit und zum anderen die antriebstechnische Entkopplung des ersten Leistungspfades. Darunter ist zu verstehen, dass der Leistungsfluss in einem gekoppelten Zustand bzw. gemäß der ersten Schaltstellung der Freilaufvorrichtung über den ersten Leistungspfad von der Kupplungseinheit über das erste Sonnenrad und das erste Zahnrad bis hin zum zweiten Zahnrad erfolgt, wobei der Leistungsfluss in einem entkoppelten Zustand bzw. gemäß der zweiten Schaltstellung der Freilaufvorrichtung über den zweiten Leistungspfad von der Kupplungseinheit über das zweite Sonnenrad hin zum zweiten Zahnrad erfolgt. Eine Übersetzung im ersten Leistungspfad ist ungleich einer Übersetzung im zweiten Leistungspfad.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Freilaufvorrichtung ein erstes Element, das dazu vorgesehen ist, mit einem eingangsseitigen Element drehfest verbunden zu werden, ein zweites Element, das dazu vorgesehen ist, mit einem ausgangsseitigen Element drehfest verbunden zu werden, sowie ein drittes Element, das zwischen dem ersten und dem zweiten Element schaltbar angeordnet ist, aufweist. Das dritte Element ist in einem ersten Schaltzustand dazu vorgesehen, in Abhängigkeit einer Drehrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Element das erste und zweite Element drehfest miteinander zu verbinden und ein Drehmoment sowie eine Drehzahl zwischen dem ersten und dem zweiten Element zu übertragen. Ferner ist das dritte Element in einem zweiten Schaltzustand dazu vorgesehen, in einer entgegengesetzten Drehrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Element das erste und zweite Element zu entkoppeln, um kein Drehmoment und keine Drehzahl zwischen dem ersten und dem zweiten Element zu übertragen. Durch die beiden Schaltstellungen der Freilaufvorrichtung sind die beiden Gangstufen darstellbar.
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Die genaue Position der Freilaufvorrichtung im ersten Leistungspfad ist unerheblich. Maßgebend ist, dass die Freilaufvorrichtung im ersten Leistungspfad zwischen der Kupplungseinheit und dem zweiten Zahnrad angeordnet ist. Beispielsweise kann die Freilaufvorrichtung zwischen der Kupplungseinheit und dem ersten Sonnenrad angeordnet sein, wobei die Freilaufvorrichtung dann einerseits mit der Kupplungseinheit und andererseits mit dem ersten Sonnenrad verbunden ist. Alternativ kann die Freilaufvorrichtung zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad angeordnet sein, wobei die Freilaufvorrichtung dann einerseits mit dem ersten Zahnrad und andererseits mit dem zweiten Zahnrad verbunden ist.
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Die Kupplungseinheit ist bevorzugt als lastschaltbare Kupplung ausgebildet. Unter einer „lastschaltbare Kupplung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist und unter Last zwischen den mindestens zwei Zuständen schaltbar ist. Im geöffneten Zustand überträgt die Kupplungseinheit kein Drehmoment. Somit überträgt die Kupplungseinheit nur in einem zumindest teilweise geschlossenen Zustand ein Drehmoment zwischen zwei mit der Kupplungseinheit wirkverbundenen Wellen, wobei die beiden Wellen im geschlossenen Zustand der Kupplungseinheit drehfest miteinander verbunden werden. Mithin sind im geschlossenen Zustand der Kupplungseinheit die elektrische Maschine und das zweite Sonnenrad antriebstechnisch verbunden, wobei im geöffneten Zustand der Kupplungseinheit die elektrische Maschine von dem zweiten Sonnenrad entkoppelt ist und die Leistungseinspeisung in die Getriebevorrichtung lediglich über das erste Sonnenrad erfolgt.
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Insbesondere kann die Kupplung von einem Aktuator betätigt werden, um ein Öffnen oder Schließen der Kupplung einzuleiten. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgebildet sein. Insbesondere ist der Aktuator in der Kupplungseinheit integriert.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Übersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Zahnrad größer ist als eine Übersetzung zwischen dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Zahnrad. Insbesondere weist das erste Zahnrad einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad auf.
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Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen zwei Getriebeelemente noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise ein oder mehrere Wellen oder Zahnräder. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise ein Planetenrad, ein Sonnenrad und ein Hohlrad zu verstehen.
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Vorzugsweise ist das Hohlrad stationär an einem Gehäuse der Getriebevorrichtung festgelegt. Somit ist das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden.
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Insbesondere ist jedes Stufenplanetenrad auf einem jeweiligen Bolzen drehbar gelagert, wobei der jeweilige Bolzen drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist. Vorzugsweise ist der Planetenträger mit der Differentialstufe wirkverbunden.
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Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme weist die Differentialstufe einen ersten Planetensatz mit mehreren ersten Planetenrädern und einen zweiten Planetensatz mit mehreren zweiten Planetenrädern auf, wobei die Planetenräder beider Planetensätze drehbar an dem Planetenträger angeordnet sind. Mit anderen Worten sind an dem Planetenträger sowohl die Stufenplanetenräder des Stufenplanetensatzes als auch die ersten und zweiten Planetenräder der Differentialstufe angeordnet. Insbesondere ist jeweils ein Stufenplanetenrad des Stufenplanetensatzes zusammen mit einem ersten oder zweiten Planetenrad der Differentialstufe auf einem gemeinsamen Bolzen drehbar gelagert, wobei der gemeinsame Bolzen drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist.
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Vorzugsweise sind die Stufenplanetenräder des Stufenplanetensatzes auf einer gemeinsamen Achse mit den ersten Planetenrädern des ersten Planetensatzes oder mit den zweiten Planetenrädern des zweiten Planetensatzes angeordnet. Dadurch erwachsen insbesondere Vorteile in der Fertigung und Montage der Getriebevorrichtung.
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Bevorzugt stehen die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung an der ersten Abtriebswelle im Zahneingriff, wobei die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung an der zweiten Abtriebswelle im Zahneingriff stehen, und wobei die Planetenräder beider Planetensätze paarweise miteinander im Zahneingriff stehen. Mithin kämmt ein erstes Planetenrad stets mit einem zweiten Planetenrad und der Verzahnung an der ersten Abtriebswelle, wobei ein zweites Planetenrad stets mit einem ersten Planetenrad und der Verzahnung an der zweiten Abtriebswelle kämmt.
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Ferner bevorzugt weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor über eine Rotorwelle mit der Kupplungseinheit verbunden ist. Mithin dient die Rotorwelle als Antriebswelle, die zwischen der elektrischen Maschine und der Kupplungseinheit angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine koaxial zur Differentialstufe angeordnet, wobei die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle durch die Rotorwelle geführt ist. Alternativ ist im Leistungsfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Kupplungseinheit eine zusätzliche Getriebevorrichtung angeordnet, wobei die Rotorwelle parallel zu den beiden Abtriebswellen angeordnet ist. Vorzugsweise sind beide Abtriebswellen auf einer gemeinsamen Achse angeordnet und bilden eine elektrische Antriebsachse des Kraftfahrzeugs.
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Vorteilhafterweise ist die Kupplungseinheit lastschaltfähig ausgebildet und weist ein erstes sowie zweites Kupplungspaket auf, wobei das erste Kupplungspaket drehfest mit dem ersten Sonnenrad und der Rotorwelle verbunden ist, und wobei das zweite Kupplungspaket drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist. Insbesondere ist die Kupplungseinheit als Reiblamellenkupplung ausgebildet, wobei das erste Kupplungspaket, insbesondere die äußeren Reiblamellen bilden und das zweite Kupplungspaket, insbesondere die inneren Reiblamellen bilden. Durch Aktuierung wird die Kupplungseinheit geschlossen wobei die Reiblamellen an ihren Stirnflächen zur Anlage kommen, um die Rotorwelle drehfest mit dem ersten und zweiten Sonnenrad zu verbinden.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, und
- 2 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Gemäß den 1 und 2 weist eine jeweilige erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein - hier nicht dargestelltes - Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 1, eine Kupplungseinheit 2 und eine Getriebevorrichtung 3 auf. Die elektrische Maschine 1 ist als Antriebsmaschine ausgebildet und umfasst einen Stator 15 sowie einen Rotor 16. Eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 wird über eine Rotorwelle 17, die zwischen der elektrischen Maschine 1 und der Kupplungseinheit 2 angeordnet ist, in die Kupplungseinheit 2 und darüber in die Getriebevorrichtung 3 eingeleitet, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Getriebevorrichtung 3 umfasst einen Stufenplanetensatz 4 und eine Differentialstufe 6. Die Differentialstufe 6 ist dazu ausgebildet, eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 1 auf eine erste und zweite Abtriebswelle 12a, 12b zu verteilen.
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Die Differentialstufe 6 weist einen ersten Planetensatz mit mehreren ersten Planetenrädern 6a und ein zweiten Planetensatz mit mehreren zweiten Planetenrädern 6b auf. Vorliegend ist aufgrund der vereinfachten schematischen Darstellung jeweils nur ein erstes und ein zweites Planetenrad 6a, 6b dargestellt. Die Planetenräder 6a, 6b beider Planetensätze sind drehbar an einem Planetenträger 7 angeordnet. Die ersten Planetenräder 6a stehen mit einer Verzahnung 13a an der ersten Abtriebswelle 12a im Zahneingriff, wobei die zweiten Planetenräder 6b mit einer Verzahnung 13b an der zweiten Abtriebswelle 12b im Zahneingriff stehen. Ferner stehen die Planetenräder 6a, 6b beider Planetensätze paarweise miteinander im Zahneingriff.
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Der Stufenplanetensatz 4 weist mehrere Stufenplanetenräder 5 auf, wobei jedes Stufenplanetenrad 5 ein erstes und ein zweites Zahnrad 5a, 5b aufweist. Vorliegend ist aufgrund der vereinfachten schematischen Darstellung nur ein Stufenplanetenrad 5 dargestellt, wobei die Stufenplanetenräder 5 identisch zueinander ausgebildet sind. Ferner sind auch die Stufenplanetenräder 5 drehbar an dem Planetenträger 7 angeordnet. Die Stufenplanetenräder 5 des Stufenplanetensatzes 4 sind auf einer gemeinsamen Achse mit den ersten Planetenrädern 6a des ersten Planetensatzes angeordnet. Das erste Zahnrad 5a steht mit einem ersten Sonnenrad 8a im Zahneingriff, wobei das zweite Zahnrad 5b mit einem zweiten Sonnenrad 8b und einem Hohlrad 9 im Zahneingriff steht. Das Hohlrad 9 ist stationär an einem Gehäuse 11 der Getriebevorrichtung 3 festgelegt. Das erste und zweite Sonnenrad 8a, 8b sind mit der Kupplungseinheit 2 wirkverbunden.
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Ein erster Leistungspfad, indem eine Freilaufvorrichtung 10 angeordnet ist, erstreckt sich von der Kupplungseinheit 2 über das erste Sonnenrad 8a und das erste Zahnrad 5a bis hin zum zweiten Zahnrad 5b. Ein zweiter Leistungspfad erstreckt sich von der Kupplungseinheit 2 über das zweite Sonnenrad 8b zum zweiten Zahnrad 5b hin. Die Freilaufvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, in einer ersten Schaltstellung das zweite Zahnrad 5b über das erste Zahnrad 5a und das erste Sonnenrad 8a antriebstechnisch mit der Kupplungseinheit 2 zu koppeln, um eine erste Gangstufe zu realisieren, sowie in einer zweiten Schaltstellung den ersten Leistungspfad antriebstechnisch von dem zweiten Zahnrad 5b zu entkoppeln, um eine zweite Gangstufe über den zweiten Leistungspfad zu realisieren.
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Gemäß 1 ist die Freilaufvorrichtung 10 zwischen dem ersten Zahnrad 5a und dem zweiten Zahnrad 5b angeordnet. Alternativ könnte die Freilaufvorrichtung 10 zwischen der Kupplungseinheit 2 und dem ersten Sonnenrad 8a angeordnet sein. Ferner ist die elektrische Maschine 1 koaxial zur Differentialstufe 6 angeordnet, wobei die Rotorwelle 17 als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Abtriebswelle 12a durch die Rotorwelle 17 geführt ist. Die Kupplungseinheit 2 ist lastschaltfähig ausgebildet und weist ein erstes sowie zweites Kupplungspaket 14a, 14b auf, wobei das erste Kupplungspaket 14a drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a und der Rotorwelle 17 verbunden ist, und wobei das zweite Kupplungspaket 14b drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8b verbunden ist.
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Gemäß 2 ist die Freilaufvorrichtung 10 zwischen der Kupplungseinheit 2 und dem ersten Sonnenrad 8a angeordnet. Alternativ könnte die Freilaufvorrichtung 10 zwischen dem ersten Zahnrad 5a und dem zweiten Zahnrad 5b angeordnet sein. Ferner ist im Leistungsfluss zwischen der elektrischen Maschine 1 und der Kupplungseinheit 2 eine zusätzliche Getriebevorrichtung 18 angeordnet, wobei die Rotorwelle 17 parallel zu den beiden Abtriebswellen 12a, 12b angeordnet ist. Die zusätzliche Getriebevorrichtung 18 ist vorliegend vereinfacht durch ein Festrad 19 dargestellt, wobei das Festrad 19 an einer Welle 20 angeordnet ist und mit einem Festrad 21 an der Rotorwelle 17 sowie einem Festrad 22 an einer die Kupplungseinheit 2 und das erste Sonnenrad 8a drehfest miteinander verbindenden Welle 23 kämmt. Die Kupplungseinheit 2 ist lastschaltfähig ausgebildet und weist ein erstes sowie zweites Kupplungspaket 14a, 14b auf, wobei das erste Kupplungspaket 14a über die Welle 23 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 8a verbunden ist, und wobei das zweite Kupplungspaket 14b über eine die Kupplungseinheit 2 und das zweite Sonnenrad 8b drehfest miteinander verbindende Welle 24 mit dem zweiten Sonnenrad 8b verbunden ist.
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Gemäß den 1 und 2 ist die Kupplungseinheit 2 als Reiblamellenkupplung ausgebildet und ermöglicht eine Lastschaltfähigkeit. Vorliegend ist das erste Kupplungspaket 14a als Außenlamellenpaket ausgebildet, wobei das zweite Kupplungspaket 14b als Innenlamellenpaket ausgebildet ist. Die Kupplungseinheit 2 wird von einem - hier nicht dargestellten - Aktuator betätigt.
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Die Freilaufvorrichtung 10 schließt in einer ersten Drehrichtung und öffnet in einer zweiten Drehrichtung automatisch. Die erste Drehrichtung wird als Drehrichtung für die Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs definiert. Dementsprechend wird die zweite Drehrichtung als Drehrichtung für die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs definiert.
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Sofern die Kupplungseinheit 2 geöffnet ist, ist die erste Gangstufe aktiv, wobei der erste und der zweite Leistungspfad mechanisch voneinander entkoppelt sind. Wenn die elektrische Maschine 1 eine Drehbewegung gemäß der ersten Drehrichtung in die Getriebevorrichtung 3 einleitet, wird diese über den ersten Leistungspfad übertragen, wobei die Freilaufvorrichtung 10 schließt. Über das erste Sonnenrad 8a wird die Antriebsleistung auf das erste Zahnrad 5a und dann auf das zweite Zahnrad 5b übertragen, wobei die Antriebsleistung über den Planetenträger 7 auf die Differentialstufe 6 und darüber auf die Abtriebswellen 12a, 12b übertragen wird. Die erste Gangstufe weist eine größere Übersetzung auf als die zweite Gangstufe. Bei geöffneter Kupplungseinrichtung 2 kann keine Antriebsleistung auf die Differentialstufe 6 übertragen werden, weil die Freilaufeinheit 10 in der zweiten Drehrichtung automatisch öffnet. Zum Einlegen eines Rückwärtsgangstufe müsste die Kupplungseinheit 2 geschlossen werden und die elektrische Maschine 1 eine Drehbewegung gemäß der zweiten Drehrichtung in die Getriebevorrichtung 3 einleiten.
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Sofern die Kupplungseinheit 2 geschlossen wird und die elektrische Maschine 1 eine Drehbewegung gemäß der ersten Drehrichtung in die Getriebevorrichtung 3 einleitet, wird die zweite Gangstufe aktiv, wobei der erste und der zweite Leistungspfad über die Kupplungseinheit 2 miteinander gekoppelt werden. Jedoch öffnet zeitgleich und automatisch die Freilaufeinrichtung 10 aufgrund der Übersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad 8a und dem ersten Zahnrad 5a, die größer ist als die Übersetzung zwischen dem zweiten Sonnenrad 8b und dem zweiten Zahnrad 5b. Der Leistungsfluss erfolgt nicht mehr über den ersten Leistungspfad, sondern nur noch über den zweiten Leistungspfad, der einen andere Übersetzung als der erste Leistungspfad aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Kupplungseinheit
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- Stufenplanetensatz
- 5
- Stufenplanetenrad
- 5a, 5b
- Zahnrad
- 6
- Differentialstufe
- 6a, 6b
- Planetenrad
- 7
- Planetenträger
- 8a, 8b
- Sonnenrad
- 9
- Hohlrad
- 10
- Freilaufvorrichtung
- 11
- Gehäuse
- 12a, 12b
- Abtriebswelle
- 13a, 13b
- Verzahnung
- 14a, 14b
- Kupplungspaket
- 15
- Stator
- 16
- Rotor
- 17
- Rotorwelle
- 18
- zusätzliche Getriebevorrichtung
- 19
- Festrad
- 20
- Welle
- 21
- Festrad
- 22
- Festrad
- 23
- Welle
- 24
- Welle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014215455 A1 [0002]
